JP2014180785A - ゴム成形装置及びゴム成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、口金部分の形状を変更することなく押出成形時のゴムの間の圧力差を軽減してゴムの成形精度を向上させることのできるゴム成形装置及びゴム成形方法を提供することを目的とするものである。
【解決手段】押出ヘッドに形成された吐出口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成形物を一体成形するゴム成形装置において、インサート２７〜２９により押出ヘッドの内部に複数の流路を形成してゴムを流通させ、口金部材２５の切り欠き２５ａ及びダイホルダ２６のバックダイ部分２６ａにより形成される吐出口のゴムの吐出領域のうち隣接する吐出領域より断面積が小さい吐出領域に連通する流路についてゴムを吐出口から押し出す直前の断面積が吐出領域の断面積よりも大きくなるようにインサート２９に段差面２９ｃを形成して流路を拡大し、吐出口から押し出す際のゴムの圧力を調整する。
【選択図】図９

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（ゴム断面領域）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、スチールや有機繊維等のコードやゴム等からなる複数の部材により構成されるとともに、タイヤ各部のそれぞれに要求される性能に応じて、各部毎に異なる配合の複数種類のゴムが使用されている。例えば、路面と接するトレッドゴムには、タイヤ踏面側のキャップゴム、内周側のベースゴム、及び、それらの両側部に配置されるサイドゴム等、各部毎に異なる種類のゴムを配置して、使用環境や目的等に応じた各要求を満足させている。

ところで、このような構造のトレッドゴムを備えたグリーンタイヤ（生タイヤ）を成形する場合、トレッドゴムを、各ゴム部材毎に成形してグリーンタイヤへ貼り付ける方法があるが、タイヤの構成部材数が増加して、ゴム部材の形成や貼り付け等に多大な手間と時間が必要となる。そのため、このようなトレッドゴムを成形する場合には、予め一体化させて複層構造に形成する方法が生産性の面で有利である。同様に、生産性の観点から、例えばサイドウォールゴムとゴムチェーファ等のような、グリーンタイヤに相隣接して配置されるゴム部材も、予め一体に成形して同時に貼り付け等を行うのが望ましい。

そこで、従来、複数種類の未加硫ゴムを押出ヘッド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ゴム成形装置が提案されており、上記した各タイヤ構成部材等を代表的な例として、種々のゴム部材の製造に使用されている（特許文献１参照）。

図１１は、従来のゴム成形装置の押出ヘッドを模式的に示す要部拡大断面図である。この従来例は、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５０に接続している。押出ヘッド５０は、図示のように、ゴムの押出先端部に、ダイホルダ５１と、ダイホルダ５１により着脱可能に固定・保持されたインサート４０、及びインサート４０に隣接して配置された口金５２とを備えている。これら押出ヘッド５０及びダイホルダ５１には、押出機から供給される各ゴムをインサート４０の背面（ゴムの押出方向上流側の面、図では右面）に導く複数（ここでは４本）のゴム流路５３〜５６が形成されている。

また、インサート４０には、前記ゴム流路５３〜５６を通って供給されるゴムのそれぞれを、口金５２の所定位置に向かって導くための複数のゴム流路（図示せず）が形成されている。このインサート４０の各ゴム流路を通過して押し出された各ゴムは、その各ゴム流路の口金５２側の開口部形状に対応した断面形状に形成されて、口金５２の開口部５２ａ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ゴム部材が成形される。
このように、複数種類のゴムを分割して押し出すには、口金の直前までインサートのゴム流路により分離した状態でゴムを流通させ、口金から押し出して一体化するプレフォーマー方式を用いることで、各ゴム層の形状を高精度で成形することが可能となる。

しかしながら、プレフォーマー方式でゴム成形を行う場合、口金から押し出されてゴム同士が初めて接触するようになるため、各ゴムの粘度差や容積の違いによる膨張量差、及び各ゴムを押し出す押出機の能力や押出量の過不足等に起因して、合流した各ゴム間に圧力差が発生し、成形したゴムの境界部分に凹み形状が生じるといった課題がある。

図１２は、成形したゴムに凹み形状が生じた場合の断面形状を示す説明図である。ゴム成形物１００は、４種類のゴムＧ１〜Ｇ４が水平方向に配列されて幅広に押出成形されており、二輪車用空気入りタイヤのトレッドとなるものである。トレッドのセンター部分を形成するゴムＧ２の幅方向の外側にゴムＧ３が形成され、ゴムＧ３の幅方向の外側にゴムＧ４が形成され、ゴムＧ４の幅方向の外側にトレッドの端部としてゴムＧ１が形成されている。この例では、ゴムＧ２とゴムＧ３との間の境界部分の下面において凹み形状Ｈが発生している。こうした凹み形状Ｈは、口金からの押出成形時におけるゴムＧ２及びゴムＧ３の圧力差によるものと考えられ、圧力差を解消するための対策が必要となる。

押出成形時におけるゴムの間の圧力差を解消するためには、口金の形状変更が考えられるが、成形精度が低下する可能性があり、好ましくない。特に、口金の下側部分のバックダイの形状変更は、他のゴムの成形にも影響を及ぼすため行うことはできない。

特開平３−２５３３２３号公報

そこで、本発明は、口金部分の形状を変更することなく押出成形時のゴムの間の圧力差を軽減してゴムの成形精度を向上させることのできるゴム成形装置及びゴム成形方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係るゴム成形装置は、押出ヘッドに形成された吐出口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成形物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、前記吐出口まで前記ゴムをそれぞれ流通させる複数の流路が形成されており、前記吐出口の前記ゴムの吐出領域のうち隣接する吐出領域より断面積が小さい吐出領域に連通する前記流路は、前記ゴムを前記吐出口から押し出す直前の断面積が吐出領域の断面積よりも大きくなるように拡大されている。
本発明に係るゴム成形方法は、押出ヘッドに形成された吐出口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成形物を一体成形するゴム成形方法であって、前記押出ヘッドの内部に形成された複数の流路にそれぞれ前記ゴムを流通させ、前記吐出口の前記ゴムの吐出領域のうち隣接する吐出領域より断面積が小さい吐出領域に連通する前記流路について、前記ゴムを前記吐出口から押し出す直前の断面積が吐出領域の断面積よりも大きくなるように拡大しておき、前記吐出口から前記ゴムを押し出す直前に、前記流路から導出された前記ゴムを接触させて押し出す。

本発明は、上記の構成を有することで、口金部分の形状を変更することなく押出成形時のゴムの間の圧力差を軽減してゴムの成形精度を向上させることができる。

本発明に係る実施形態であるゴム成形装置に関する概略構成図である。 押出ヘッドから押出成形されるゴム成形物に関する断面図及び押出成形に使用される口金部材に関する正面図である。 ヘッド本体部に関する断面図及び正面図である。 図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、Ｄ−Ｄ断面図及びＥ−Ｅ断面図である。 インサートに関する正面図及び側面図である。 インサートに関する正面図及び側面図である。 インサートに関する正面図及び側面図である。 吐出口の部分に関する拡大正面図である。 流路が拡大した場合のゴムの流れを示す図４（ｄ）の一部を拡大した模式図である。 押出成形された成形物に関する断面形状の測定結果を示すグラフである。 従来のゴム成形装置の押出ヘッドを模式的に示す要部拡大断面図である。 成形したゴムに凹み形状が生じた場合の断面形状を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る実施形態であるゴム成形装置に関する概略構成図である。ゴム成形装置１は、４台のゴム押出機１１〜１４を備えており、各ゴム押出機のゴム吐出口は押出ヘッド２に接続されている。各ゴム押出機には、それぞれ４種類の異なったゴムＧ１〜Ｇ４が投入されるようになっており、ゴム押出機１１にはゴムＧ１が投入され、ゴム押出機１２にはゴムＧ２が投入され、ゴム押出機１３にはゴムＧ３が投入され、ゴム押出機１４にはゴムＧ４が投入される。投入されたゴムＧ１〜Ｇ４は、ゴム押出機内部において回転駆動されるスクリュウにより撹拌されながら練り合わせされ、撹拌による発熱で流動性が高められて押出ヘッド２に供給されるようになっている。こうしたゴム押出機は公知のものを使用することができる。
押出ヘッド２に供給されたゴムＧ１〜Ｇ４は、押出ヘッド２内に形成されたゴム流路２１〜２４にそれぞれ導入されてヘッド本体部２０の口金部分から一体化されて矢印Ａ方向に押し出されるようになっている。

図２は、押出ヘッド２から押出成形されるゴム成形物３に関する断面図（図２（ａ））及び押出成形に使用される口金部材に関する正面図（図２（ｂ））である。ゴム成形物３は、図１２に示すゴム成形物１００と同様に、トレッドのセンター部分を形成するゴムＧ２の幅方向の外側にゴムＧ３が形成され、ゴムＧ３の幅方向の外側にゴムＧ４が形成され、ゴムＧ４の幅方向の外側にトレッドの端部としてゴムＧ１が形成されている。そして、ゴム成形物３は、口金部材２５の切り欠き２５ａ及び後述するダイホルダの直線状のバックダイ部分により画定される吐出口の形状に形成され、各ゴムの間の境界線は厚み方向に直線状に形成される。

図３は、ヘッド本体部２０に関する断面図（図３（ａ））及び正面図（図３（ｂ））である。ヘッド本体部２０は、ダイホルダ２６と、ダイホルダ２６により着脱可能に固定・保持された複数のインサート２７〜２９、及びインサート２７〜２９に隣接して配置された口金部材２５とを備えている。後述するように、複数のインサート２７〜２９を組み合せた内部には、押出ヘッド２に導入されたゴムＧ１〜Ｇ４を口金部材２５に向かって流通させる複数の流路が形成されている。

図３（ｂ）に示すように、口金部材２５（一点鎖線で描画）に接するインサート２７、２８の端面には、開口部３０〜３４が形成されており、開口部３０及び３４からゴムＧ１が押し出され、開口部３１及び３３からゴムＧ３及びＧ４が水平方向に配列されて押し出され、開口部３２からゴムＧ２が押し出されるようになる。口金部材２５の切り欠き２５ａとダイホルダ２６の上端に形成されたバックダイ部分２６ａとの間に形成された吐出口に対して、開口部３０及び３４は吐出口の両端部に重なるように配置されて三角形状の吐出領域を形成している。同様に、開口部３１及び３３は、吐出口と重なるように配置されて台形状の吐出領域を形成し、開口部３２は、吐出口の中央部分に重なるように配置されて逆台形状の吐出領域を形成している。

図４は、図３（ｂ）のＢ−Ｂ断面図（図４（ａ））、Ｃ−Ｃ断面図（図４（ｂ））、Ｄ−Ｄ断面図（図４（ｃ））及びＥ−Ｅ断面図（図４（ｄ））である。また、図５は、インサート２７に関する正面図（図５（ａ））及び側面図（図５（ｂ））、図６は、インサート２８に関する正面図（図６（ａ））及び側面図（図６（ｂ））、図７は、インサート２９に関する正面図（図７（ａ））及び側面図（図７（ｂ））である。

図４（ａ）は、ゴムＧ１の流路を示しており、ゴムＧ１の流路はインサート２７及び２８の組み合せにより形成される。インサート２７には、図５に示すように、下方の傾斜面を切り欠いて一対の段差面２７ａ（図５）が形成されており、インサート２８の上方の傾斜面２８ａ（図６）との間にゴム流路２１と連通する流路が形成される。また、傾斜面２８ａから下方に向かって垂直方向に切り欠いて段差面２８ｂ（図６）が形成されており、段差面２８ｂと口金部材２５との間に流路が形成される。こうして、口金部材２５の切り欠き２５ａとダイホルダ２６のバックダイ部分２６ａとの間に形成された吐出口とゴム流路２１との間を連通する流路が形成される。

図４（ｂ）は、ゴムＧ４の流路を示しており、ゴムＧ４の流路はインサート２８及び２９の組み合せにより形成される。インサート２８には、口金部材２５と対向する面に上方に向かって垂直方向に切り欠いた段差面２８ｃ（図６）が形成されて口金部材２５との間に流路が形成されており、段差面２９ａ（図７）により形成された流路に連通している。即ち、インサート２９には、下方の傾斜面を切り欠いて一対の段差面２９ａが形成されており、ダイホルダ２６の対向する傾斜面との間にゴム流路２４と連通する流路が形成される。
こうして、口金部材２５の切り欠き２５ａとダイホルダ２６のバックダイ部分２６ａとの間に形成された吐出口とゴム流路２４との間を連通する流路が形成される。

図４（ｃ）は、ゴムＧ３の流路を示しており、ゴムＧ３の流路はインサート２８及び２９の組み合せにより形成される。インサート２９の上方の傾斜面を切り欠いて形成された一対の段差面２９ｂ（図７）とインサート２８の下方の傾斜面を切り欠いて形成された一対の段差面２８ｄ（図６）との間に流路が形成されており、形成された流路はゴム流路２３と連通している。また、インサート２８には、口金部材２５と対向する面に上方に向かって垂直方向に切り欠いた段差面２８ｃが形成されて口金部材２５との間に流路が形成されており、段差面２８ｄ及び２９ｂとの間に形成された流路に連通している。こうして、口金部材２５の切り欠き２５ａとダイホルダ２６のバックダイ部分２６ａとの間に形成された吐出口とゴム流路２３との間を連通する流路が形成される。

図４（ｄ）は、ゴムＧ２の流路を示しており、ゴムＧ２の流路はインサート２７，２８及び２９の組み合せにより形成される。インサート２７の下方の傾斜面２７ｂ（図５）とインサート２８の上方の傾斜面の中央部分を切り欠いて形成された段差面２８ｅ（図６）との間に流路が形成されており、形成された流路はゴム流路２２と連通している。また、インサート２８には、口金部材２５と対向する面に段差面２８ｅから下方に向かって垂直方向に切り欠いた段差面２８ｆ（図６）が形成されて口金部材２５との間に流路が形成されている。そして、インサート２９には、口金部材２５と対向する面の中央部分を切り欠いて段差面２８ｆから下方に連続するように段差面２９ｃ（図７）が形成されており、段差面２９ｃと対向するダイホルダ２６の上端部分との間にバックダイ部分２６ａよりも下方に流路が拡大するように設定されている。こうして、口金部材２５の切り欠き２５ａとダイホルダ２６のバックダイ部分２６ａとの間に形成された吐出口とゴム流路２２との間を連通する流路が形成される。

図８は、口金部材２５の切り欠き２５ａとダイホルダ２６のバックダイ部分２６ａとの間に形成された吐出口の部分に関する拡大正面図である。吐出口から吐出されるゴム成形物の吐出口におけるゴムＧ１からＧ４の吐出領域の断面積は、両側から押し出されるゴムＧ１の場合それぞれＳ１及びＳ５となり、ゴムＧ２の場合にはＳ３となり、ゴムＧ３及びＧ４の場合にはゴムＧ２の両側でそれぞれＳ２及びＳ４となる。この例では、ゴムＧ２の吐出領域の断面積Ｓ３は、両側のゴムＧ３及びＧ４の吐出領域の断面積Ｓ２及びＳ４よりも小さくなるように設定されている。そのため、ゴムＧ２が断面積Ｓ３の吐出領域で押し出される際の圧力とゴムＧ３及びＧ４が断面積Ｓ２及びＳ４の吐出領域で押し出される際の圧力との間に差が生じるようになり、吐出されたゴムＧ２とゴムＧ３との間の境界部分の下面において凹み形状が発生するおそれがある。

こうした圧力差を軽減するために、本実施形態では、図４（ｄ）に示すように、段差面２８ｆから下方に段差面２９ｃを形成して流路を拡大するようにし、ゴムＧ２を押し出す直前の断面積を流路が拡大した分の断面積Ｓ６だけ増加させるように設定している。

図９は、流路が拡大した場合のゴムの流れを示す図４（ｄ）の一部を拡大した模式図である。ゴムＧ２は、吐出口から押し出される直前において流路が拡大されているので、押し出される直前に拡大された流路にゴムＧ２が流れ込むことで押し出される際の圧力を低下させることができ、圧力差による凹み形状の発生を大幅に減少させることが可能となる。ゴムを押し出す直前の流路の拡大は、吐出領域の下側以外に拡大してもよく、吐出領域の外側に拡大すればゴムが押し出される際の圧力を調整することができる。

図１０は、押出成形された成形物に関する断面形状の測定結果を示すグラフである。図１０（ａ）は、図８及び図９に示すように、ゴムＧ２の吐出領域について押し出す直前の流路を拡大した場合における成形物の断面形状を示しており、対応する吐出口の形状を直線状に実線で描画し、２回の押出成形による成形物の測定結果を示す。縦軸に成形物の厚さ方向の位置（単位；ｍｍ）をとり、横軸に成形物の幅方向の中心からの位置（単位；ｍｍ）をとっている。なお、成形物は、自動二輪車用タイヤの製造に使用する公知のゴム成形装置を用いて押出成形した。
比較例として、押し出す直前の流路を拡大しないように設定して成形物を押出成形し、断面形状を測定した。測定結果を図１０（ｂ）に示す。

ゴムを押し出す直前に流路を拡大した場合には、図１０（ａ）に示すように、ゴムＧ２及びゴムＧ３の境界部分の下側の凹みは０．２ｍｍであったが、流路を拡大しない場合には、図１０（ｂ）に示すように、１．０ｍｍの凹みが発生した。したがって、流路を拡大することで凹みの発生量を８０％減少させることができた。

１・・・ゴム成形装置、２・・押出ヘッド、３・・・ゴム成形物、１１〜１４・・・ゴム押出機、２０・・・ヘッド本体部、２１〜２４・・・ゴム流路、２５・・口金部材、２６・・・ダイホルダ、２７〜２９・・・インサート、３０〜３４・・・開口部。

Claims (5)

1. 押出ヘッドに形成された吐出口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成形物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、前記吐出口まで前記ゴムをそれぞれ流通させる複数の流路が形成されており、前記吐出口の前記ゴムの吐出領域のうち隣接する吐出領域より断面積が小さい吐出領域に連通する前記流路は、前記ゴムを前記吐出口から押し出す直前の断面積が吐出領域の断面積よりも大きくなるように拡大されているゴム成形装置。
2. 隣接する吐出領域より断面積が小さい吐出領域に連通する前記流路は、前記ゴムを前記吐出口から押し出す直前の断面積が隣接する吐出領域の断面積以上となるように拡大されている請求項１に記載のゴム成形装置。
3. 前記流路は、前記吐出領域よりも外側に向かって拡大されている請求項１又は２に記載のゴム成形装置。
4. 前記流路は、前記吐出領域よりも下側部分が拡大されている請求項３に記載のゴム成形装置。
5. 押出ヘッドに形成された吐出口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成形物を一体成形するゴム成形方法であって、
   前記押出ヘッドの内部に形成された複数の流路にそれぞれ前記ゴムを流通させ、前記吐出口の前記ゴムの吐出領域のうち隣接する吐出領域より断面積が小さい吐出領域に連通する前記流路について、前記ゴムを前記吐出口から押し出す直前の断面積が吐出領域の断面積よりも大きくなるように拡大しておき、前記吐出口から前記ゴムを押し出す直前に、前記流路から導出された前記ゴムを接触させて押し出すゴム成形方法。

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