JP2015030168A - ゴムロール製造装置およびゴムロール製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールの製造装置を提供すること。【解決手段】円筒状に未加硫のゴム材を押し出す押出ダイス３８を有する押出部２０と、ゴム材で芯金２２の外周面を被覆するために、円筒状に押し出されるゴム材の中心部に芯金を供給する芯金供給部１８と、を備え、押出ダイス３８が、押出ダイス３８からゴム材のみが押し出されるときの圧力（Ｐ０）と芯金２２が供給された状態で押出ダイス３８からゴム材が押し出されるときの圧力（Ｐ１）との関係が下記式（１）：−０．１０≰（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≰０．１０を満たす長さのランド部を有するゴムロールの製造装置１０である。【選択図】図１

Description

本発明は、ゴムロール製造装置およびゴムロール製造方法に関する。

特許文献１には、「ダイノズルにおける前記芯金の移動速度を、芯金の長さ方向に一端部、中央部、他端部などの部位により変化させることにより、芯金に円筒状に被着した未加硫ゴム材料の外径を長手方向に沿って変化させるゴムローラの製造方法」が開示されている。

特開２００３−３００２３９号公報

本発明の課題は、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールの製造装置を提供することである。

上記課題は、以下の手段により解決される。

請求項１に係る発明は、
円筒状に未加硫のゴム材を押し出す押出ダイスを有する押出部と、
前記ゴム材で前記芯金の外周面を被覆するために、円筒状に押し出される前記ゴム材の中心部に芯金を供給する芯金供給部と、
を備え、
前記押出ダイスが、前記押出ダイスから前記ゴム材のみが押し出されるときの圧力（Ｐ０）と前記芯金が供給された状態で前記押出ダイスから前記ゴム材が押し出されるときの圧力（Ｐ１）との関係が下記式（１）を満たす長さのランド部を有するゴムロールの製造装置。
・式（１）： −０．１０≦（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≦０．１０

請求項２に係る発明は、
前記芯金の供給速度が芯金を付勢しない際の速度に対し、１００％以上１２０％以下である請求項１に記載のゴムロールの製造装置。

請求項３に係る発明は、
前記芯金の軸方向中央部に前記ゴム材を被覆するときよりも、前記芯金の軸方向両端部に前記ゴム材を被覆するときの前記芯金の供給速度に対する前記ゴム材の相対的な押出速度が速くなるように制御する制御部をさらに備える請求項１又は２に記載のゴムロールの製造装置。

請求項４に係る発明は、
押出ダイスを有する押出部の押出ダイスから円筒状に押し出される前記未加硫のゴム材の中心部に芯金を供給し、前記ゴム材で前記芯金の外周面を被覆する第１工程と、
前記芯金の外周面を被覆したゴム材に対して加硫処理を施す第２工程と、
を有し、
前記押出ダイスが、前記押出ダイスから前記ゴム材のみが押し出されるときの圧力（Ｐ０）と前記芯金が供給された状態で前記押出ダイスから前記ゴム材が押し出されるときの圧力（Ｐ１）との関係が下記式（１）を満たす長さのランド部を有するゴムロールの製造方法。
・式（１）： −０．１０≦（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≦０．１０

請求項５に係る発明は、
前記芯金の供給速度が芯金を付勢しない際の速度に対し、１００％以上１２０％以下である請求項４に記載のゴムロールの製造方法。

請求項６に係る発明は、
第１工程において、前記芯金の軸方向中央部に前記ゴム材を被覆するときよりも、前記芯金の軸方向両端部に前記ゴム材を被覆するときの前記芯金の供給速度に対する前記ゴム材の相対的な押出速度を速くする請求項４又は５に記載のゴムロールの製造方法。

請求項１、又は２に係る発明によれば、押出ダイスが式（１）を満たさない長さのランド部を有する場合い比べ、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールの製造装置が提供される。

請求項３に係る発明によれば、押出ダイスが式（１）を満たさない長さのランド部を有する場合い比べ、芯金の供給速度に対する未加硫のゴム材の相対的な押出速度を変動しても、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールの製造装置が提供される。

請求項３、又は４に係る発明によれば、押出ダイスが式（１）を満たさない長さのランド部を有する場合い比べ、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールの製造方法が提供される。

請求項３に係る発明によれば、押出ダイスが式（１）を満たさない長さのランド部を有する場合い比べ、芯金の供給速度に対する未加硫のゴム材の相対的な押出速度を変動しても、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールの製造方法が提供される。

本実施形態に係るゴムロール製造装置の構成を示す図である。 図１の押出ダイスを示す図である。 図１の押出ダイスからゴム材のみが押し出される様子を示す図である。 図１の押出ダイスから芯金が供給された状態でゴム材が押し出される様子を示す図である。

以下、本発明の一例である本実施形態に係るゴムロール製造装置およびゴムロール製造方法の実施形態の一例について、添付の図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係るゴムロール製造装置１０の構成を示している。

本実施形態に係るゴムロール製造装置１０は、いわゆるクロスヘッドダイから構成される押出機１２と、装置内の各部を制御するための制御部１１とを備えている。

押出機１２は、未加硫のゴム材を供給するゴム材供給部１８と、ゴム材供給部１８から供給されたゴム材を円筒状に押し出す押出部２０と、押出部２０から円筒状に押し出されるゴム材の中心部に芯金２２を供給する芯金供給部２４とを備えている。

ゴム材供給部１８は、円筒状の本体部２６の内部にスクリュー２８を有している。スクリュー２８は駆動モータ３０によって回転駆動される。本体部２６の駆動モータ３０側にはゴム材を投入する投入口３２が設けられている。投入口３２から投入されたゴム材は、本体部２６の内部においてスクリュー２８によって練られながら押出部２０に向けて送り出される。スクリュー２８の回転速度を調整することで、ゴム材を送り出す速度が調整される。
なお、円筒状の本体部２６内のスクリュー２８の先端側の内壁には、圧力計３３が配置されている。

押出部２０は、ゴム材供給部１８に接続される円筒状のケース３４と、ケース３４の内部中心に配置される円柱状のマンドレル３６と、マンドレル３６の下方に配置される押出ダイス３８とを備えている。マンドレル３６は保持部材４０によってケース３４に保持されている。押出ダイス３８は保持部材４２によってケース３４に保持されている。マンドレル３６の外周面（一部において保持部材４０の外周面）と保持部材４２の内周面（一部において押出ダイス３８の内周面）との間には、ゴム材が環状に流れる環状流路４４が形成されている。

マンドレル３６の中心部には芯金２２が挿通される挿通孔４６が形成されている。マンドレル３６の下部は端に向けて先細った形状を呈している。そして、マンドレル３６の先端の下方の領域は、挿通孔４６から供給される芯金２２と環状流路４４から供給されるゴム材とが合流する合流域４８とされている。即ち、この合流域４８に向けてゴム材が円筒状に押し出され、円筒状に押し出されるゴム材の中心部に芯金２２が送り込まれるようになっている。

ここで、押出ダイス３８は、図２に示すように、内周面がゴム材の押出方向に傾斜し（内径がゴム材の押出方向に向かって徐々に狭まり）、マンドレル３６の外周面との間でゴム材が環状に流れる環状流路４４が形成されるテーパー部３８Ａと、テーパー部３８Ａよりゴム材の押出方向下流側に設けられ、内周面がゴム材の押出方向に沿って（内径がゴム材の押出方向に向かって変動せず）、中心部に芯金２２を送り込んだ円筒状のゴム材が押出方向に通過するランド部３８Ｂと、を有している。
なお、ランド部３８Ｂは、内周面がゴム材の押出方向に傾斜した（内径がゴム材の押出方向に向かって徐々に狭まった）構成としてもよい。但し、この場合、ランド部３８Ｂの内周面は、テーパー部３８Ａの内周面のゴム材の押出方向（芯金２２の供給方向）に対する傾斜角よりも小さい傾斜角を持つ内周面とする。

芯金供給部２４は、マンドレル３６の上方に配置されるローラ対５０を備えている。ローラ対５０は複数対（例えば、３対）設けられ、各ローラ対５０の片側のローラはベルト５２を介して駆動ローラ５４に接続されている。駆動ローラ５４が駆動されると、各ローラ対５０によって挟持される芯金２２はマンドレル３６の挿通孔４６に向けて送られる。芯金２２は予め定められた長さとされており、ローラ対５０によって送られる後方の芯金２２がマンドレル３６の挿通孔４６に存在する先方の芯金２２を押すことにより、複数の芯金２２が順次に挿通孔４６を通過するようになっている。また、駆動ローラ５４の駆動は、先方の芯金２２の前方端がマンドレル３６の先端に位置したときに一旦停止されようになっており、マンドレル３６の下方の合流域４８において、芯金２２が間隔をおいて送り込まれるようになっている。

このように、押出機１２においては、合流域４８においてゴム材を円筒状に押し出し、ゴム材の中心部に間隔をおいて芯金２２が順次送り込まれるようになっている。それにより、ゴム材で芯金２２の外周面が被覆されたゴムロール部５６が押出ダイス３８から押し出されるようになっている。なお、芯金２２の外周面にはゴム材との接着性を高めるためにプライマーが予め塗布されている。

その後、図示しない切断機により、押出ダイス３８から連続して押し出されたゴムロール部５６の各芯金２２の境界部で切断し、芯金２２の外周面を未加硫のゴム材で被覆したゴムロールを得る。

制御部１１は、ゴムロール製造装置１０の各部の動作を制御するように構成されている。
具体的には、図示しないが、制御部１１は、例えば、コンピュータとして構成され、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、各種メモリ［例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、不揮発性メモリ］、及び入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）がバスを介して各々接続された構成となっている。そして、Ｉ／Ｏには、例えば、スクリュー２８を回転駆動する駆動モータ３０、駆動ローラ５４を回転駆動する駆動モータ（不図示）、圧力計３３等のゴムロール製造装置１０の各部が接続されている。
ＣＰＵは、例えば、各種メモリに記憶されているプログラム（例えば、押出成形プログラム等の制御プログラム）実行し、ゴムロール製造装置１０の各部の動作を制御する。なお、ＣＰＵが実行するプログラムを記憶するための記憶媒体は、各種メモリに限定されない。例えば、フレキシブルディスクやＤＶＤディスク、光磁気ディスクやＵＳＢメモリ（ユニバーサルシリアルバスメモリ）等（不図示）であってもよいし、通信手段（不図示）に接続された他の装置の記憶装置であってもよい。

そして、クラウン形状のゴムロールを製造する場合、制御部１１によって、芯金２２の供給速度、又はゴム材の押出速度を制御する。具体的には、例えば、芯金２２が合流域４８を通過する際、芯金２２の先端部から中央部にかけて芯金２２の供給速度が徐々に低下し、中央部から後端部にかけて芯金２２の供給速度が徐々に上昇するように、芯金供給部２４の駆動ローラ５４を駆動する駆動モータ（不図示）を制御し、駆動ローラ２５４の回転速度を制御する。又は、例えば、芯金２２が合流域４８を通過する際、芯金２２の先端部から中央部にかけてゴム材の押出速度が徐々に低下し、中央部から後端部にかけてゴム材の押出速度が徐々に上昇するように、ゴム材供給部１８のスクリュー２８を駆動する駆動モータ３０を制御し、スクリュー２８の回転速度を制御する。
これら、芯金２２の供給速度、又はゴム材の押し出し速度の制御により、芯金２２の軸方向両端部よりも中央部の厚みが大きくなるように、ゴム材で芯金２２の外周面を被覆したゴムロール部５６が押出ダイス３８から押し出される。

以上説明した本実施形態に係るゴムロール製造装置１０を用いて成形されたゴムロールは、次工程において加硫処理炉に入れられる。それにより、ゴムロール部５６の芯金２２の外周面を被覆したゴム材に対して加硫処理が施される。そして、加硫処理されたゴムロールは、次工程において加工処理される。具体的に、ゴムロールの両端側において芯金２２が一定の長さ露出するように両端部のゴム材が切除される。

ここで、本実施形態に係るゴムロール製造装置１０では、ゴム材で芯金２２の外周面が被覆されたゴムロール部５６を押出ダイス３８から押し出するに先立って、まず、ゴム材のみを押出し、ゴム材が押し出され始めたら、芯金２２を供給し、ゴムロール部５６を押し出しする。一方で、押出ダイス３８ドからゴム材が押し出され初めても、暫くの間はゴム材の押し出される速度（押出速度）が安定しないため、ゴムロール部５６の外径、形状が安定せず、この間に芯金２２を供給しても目的とする外径、形状を有するゴムロール部５６は得られない。この間の損失を少なくするためには、芯金２２を供給することなく、ゴム材のみを押出し続け、押出速度が安定した後に芯金２２を供給し、ゴムロール部５６を押し出することが有効である。
しかし、この方法においても、芯金２２を供給開始から暫くの間はゴム材の押出速度が変動し、目的とする外径、形状を有するゴムロール部５６が押し出されないため、初めから芯金２２を供給した場合ほどではないがゴム材の損失が生じる。

この現象は、押出ダイス３８からゴム材のみが押し出される場合（図３参照）と、芯金２２が供給された状態で押出ダイス３８からゴム材が押し出される場合（図４参照）と、で生じるゴム材の押出速度の差により引き起こされていると考えられる。

そこで、本実施形態に係るゴムロール製造装置１０では、押出ダイス３８からゴム材のみが押し出されるとき（図３参照）の圧力（Ｐ０）と芯金２２が供給された状態で押出ダイス３８からゴム材が押し出されるとき（図４参照）の圧力（Ｐ１）との関係が式（１）［好ましくは式（１−２）、より好ましくは式（１−３）］を満たす長さＬｔのランド部３８Ｂを有する押出ダイス３８を用いる（図２参照）。つまり、Ｐ０に対するＰ０とＰ１との差の割合を−０．１０以上０．１０以下となる長さＬｔのランド部３８Ｂを有する押出ダイス３８を用いる。
・式（１）： −０．１０≦（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≦０．１０
・式（１−２）： −０．０７≦（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≦０．０７
・式（１−３）： −０．０５≦（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≦０．０５

上記式（１）を満たす長さＬｔのランド部３８Ｂを有する押出ダイス３８を用いることで、上記ゴム材の押出速度の差が小さくなることから、ゴム材の押出速度の安定化が早まり、ゴムロール部５６の押出開始の初期の段階から、ゴムロール部５６の外径、形状を安定する。その結果、本実施形態に係るゴムロール製造装置１０では、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールが製造される。

なお、芯金２２の軸方向中央部にゴム材を被覆するときよりも、芯金２２の軸方向両端部にゴム材を被覆するときの芯金２２の供給速度に対するゴム材の相対的な押出速度を速くすると、軸方向両端部よりも軸方向中央部のゴム材（弾性層）の厚みが厚い形状（クラウン形状）のゴムロール部５６が得られる。このように、芯金２２の搬送速度に対するゴム材の相対的な押出速度を変動して、クラウン状のゴムロールを製造する場合、ゴム材の押出速度の差が大きいと、特に、ゴム材の押出速度が安定化するまでの時間を要し、製造開始の初期の段階から、目的とする形状プロファイルのクラウン形状のゴムロールが得られ難い。しかし、本実施形態に係るゴムロール製造装置１０では、芯金の供給速度に対するゴム材の相対的な押出速度を変動しても、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールが製造される。

なお、押出ダイス３８のランド部３８Ｂの長さＬｔとは、内周面がゴム材の押出方向に傾斜したテーパー部３８Ａとの連結部から押出ダイス３８の押出口端部までの距離をいう（図２参照）。ランド部３８Ｂの長が長すぎる場合、ゴム材の圧力Ｐ１に対してゴム材の圧力Ｐ０が大きくなる傾向があり、逆にランド部３８Ｂの長が短すぎる場合、ゴム材の圧力Ｐ１に対してゴム材の圧力Ｐ０が小さくなる傾向がある。
具体的には、ランド部３８Ｂの長さＬｔは、ゴム材の押出速度の安定化を早める点から、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下（好ましくは４ｍｍ以上１０ｍｍ以下）の範囲で設定されることがよい。

芯金２２の供給速度は、ゴム材の押出速度の安定化を早める点から、芯金を付勢しない際の速度に対し、１００％以上１２０％以下（好ましくは１０２％以上１１０％以下）の範囲で設定されることがよい。

各ゴム材の圧力（押圧力）Ｐ０及びＰ１は、ゴム材の押出速度の安定化を早める点から、２ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下（好ましくは５ＭＰa以上２０ＭＰａ以下）の範囲で設定されることがよい。
各ゴム材の圧力（押圧力）Ｐ０及びＰ１は、ゴムロール製造装置１０において、ゴム材に押出圧を付与するスクリュー２８が配置される円筒状の本体部２６（シリンダー）内の当該スクリュー２８の先端側の内壁に設置した圧力計３３により測定した値である。

その他、ゴム材の押出速度の安定化を早める点から、ゴム材のムーニー粘度ＭＬ１＋４（１００℃：ＪＩＳ Ｋ ６３００−１９９４）は、５以上１００以下（好ましくは２０以上７０以下）の範囲で設定されることがよい。

以下、表１に示す長さＬｔのランド部３８Ｂを有する押出ダイス３８を装着したゴムロール製造装置１０を用いて、芯金を供給し、ゴムロール部５６を押出し、ゴムロールを作製したとき、（Ｐ０−Ｐ１／Ｐ０）の値、製造開始から外径及び形状が安定するまでに要したゴムロールの本数を示す。但し、ゴムロール製造装置１０の他の設定条件は、以下の通りとした。
なお、製造開始からゴムロールの外径及び形状が安定したとの判断は、１００本目から１１０本目までの外径の平均値に対し、外径が２％以下となったときとした。

−設定条件−
・押出ダイス３８：ランド部３８Ｂの内径１２．５ｍｍ
・芯金２２：外径８ｍｍ、長さ３５４．５ｍｍ
・ゴム材：エピクロルヒドリンゴム（ムーニー粘度ＭＬ１＋４（１００℃）＝５０）
・芯金を付勢しない際の速度に対する芯金の供給速度＝１０５％

上記結果から、本実施形態に係るゴムロール製造装置１０では、上記式（１）を満たす長さＬｔのランド部３８Ｂを有する押出ダイス３８を用いることで、製造開始の初期の段階から、形状精度に優れた弾性層を有するゴムロールが製造されることがわかる。

１０ ゴムロール製造装置、１１ 制御部、１２ 押出機、１８ ゴム材供給部、２０ 押出部、２２ 芯金、２４ 芯金供給部、３３ 圧力計、３６ マンドレル、３８ 押出ダイス、３８Ａ テーパー部、３８Ｂ ランド部、５６ ゴムロール部

Claims (6)

1. 円筒状に未加硫のゴム材を押し出す押出ダイスを有する押出部と、
   前記ゴム材で前記芯金の外周面を被覆するために、円筒状に押し出される前記ゴム材の中心部に芯金を供給する芯金供給部と、
   を備え、
   前記押出ダイスが、前記押出ダイスから前記ゴム材のみが押し出されるときの圧力（Ｐ０）と前記芯金が供給された状態で前記押出ダイスから前記ゴム材が押し出されるときの圧力（Ｐ１）との関係が下記式（１）を満たす長さのランド部を有するゴムロールの製造装置。
   ・式（１）： −０．１０≦（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≦０．１０
2. 前記芯金の供給速度が芯金を付勢しない際の速度に対し、１００％以上１２０％以下である請求項１に記載のゴムロールの製造装置。
3. 前記芯金の軸方向中央部に前記ゴム材を被覆するときよりも、前記芯金の軸方向両端部に前記ゴム材を被覆するときの前記芯金の供給速度に対する前記ゴム材の相対的な押出速度が速くなるように制御する制御部をさらに備える請求項１又は２に記載のゴムロールの製造装置。
4. 押出ダイスを有する押出部の押出ダイスから円筒状に押し出される前記未加硫のゴム材の中心部に芯金を供給し、前記ゴム材で前記芯金の外周面を被覆する第１工程と、
   前記芯金の外周面を被覆したゴム材に対して加硫処理を施す第２工程と、
   を有し、
   前記押出ダイスが、前記押出ダイスから前記ゴム材のみが押し出されるときの圧力（Ｐ０）と前記芯金が供給された状態で前記押出ダイスから前記ゴム材が押し出されるときの圧力（Ｐ１）との関係が下記式（１）を満たす長さのランド部を有するゴムロールの製造方法。
   ・式（１）： −０．１０≦（Ｐ０−Ｐ１）／Ｐ０≦０．１０
5. 前記芯金の供給速度が芯金を付勢しない際の速度に対し、１００％以上１２０％以下である請求項４に記載のゴムロールの製造方法。
6. 第１工程において、前記芯金の軸方向中央部に前記ゴム材を被覆するときよりも、前記芯金の軸方向両端部に前記ゴム材を被覆するときの前記芯金の供給速度に対する前記ゴム材の相対的な押出速度を速くする請求項４又は５に記載のゴムロールの製造方法。

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