JP2018024170A - ゴム部材の成形装置及び成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転支持体にゴムを巻き付けてゴム部材を成形する際、成形開始時に起こるゴムの接着不良を防止できるゴム部材の成形装置及び成形方法を提供する。【解決手段】ゴムＳを押し出す押出機１と、押出機１から押し出されたゴムＳの先端部が貼り付けられ、そのゴムＳが巻き付けられる成形ドラム２と、を備えるゴム部材の成形装置であって、成形ドラム２に取り付けられ、ゴムＳの先端部が貼り付けられる位置での成形ドラム２の外表面２ａのひずみ量を検出する検出部２１と、検出部２１で検出されたひずみ量が所定値に達したときに、回転を開始するように成形ドラム２を制御する制御部３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回転支持体にゴムを巻き付けてゴム部材を成形するためのゴム部材の成形装置及び成形方法に関する。

従来より、生産性や作業効率の観点から、成形ドラム（回転支持体）にストリップゴムを順次巻き付けることでタイヤを構成するゴム部材を成形する方法が知られている（例えば、下記特許文献１）。ストリップゴムを順次巻き付けて行なうゴム部材を成形する方法では、薄い帯状のストリップゴムを積層することから、従来のシート貼りによる成形方法に比べて、所望形状のゴム部材を容易に得ることができる。

ところが、このようにストリップゴムを順次巻き付けてゴム部材を成形する場合、成形時間が長くなる上、巻き付け開始部と巻き付け終了部では、ゴム部材の厚みが不均一になりやすく、ユニフォミティの悪化に繋がるという課題があった。

そこで、下記特許文献２では、押出機により金型を介して押し出したゴムを回転支持体に巻き付け、巻き始め部と巻き終わり部を接合して円筒状に成形する円筒状ゴム部材の成形方法であって、回転支持体に接近させた金型からゴムの押し出しを開始するのと同時に回転支持体の回転を開始し、ゴムの押出量を所定量まで徐々に増加させるとともに、金型の回転支持体からの距離を円筒状ゴム部材の所望の厚みに相当する所定距離まで徐々に大きくすることにより、断面楔状の巻き始め部を成形する巻き始め工程と、ゴムの押出量を前記所定量に維持し、金型の回転支持体からの距離を前記所定距離に維持することにより、ゴムを巻き付けていく巻き付け工程と、金型の回転支持体からの距離を前記所定距離に維持したまま、ゴムの押出量を前記所定量から徐々に減少させることにより、前記巻き始め部の上に断面楔状の巻き終わり部を成形する巻き終わり工程とを備えることを特徴とする成形方法が開示されている。この方法によれば、幅を一定に保ち、かつ巻き始めと巻き終わりの接合部での段差を無くして全周に亘って所望の厚みに円筒状ゴム部材を成形できる。

しかしながら、特許文献１及び２のいずれの成形方法であっても、回転支持体にゴムを巻き始める際、ゴムが回転支持体に完全に接着しないまま回転支持体が回転を開始し、ゴム部材を成形できないことがあった。

特許第３７９６３２６号公報 特開２０１３−２２０５６９号公報

そこで、本発明の目的は、回転支持体にゴムを巻き付けてゴム部材を成形する際、成形開始時に起こるゴムの接着不良を防止できるゴム部材の成形装置及び成形方法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できる。
即ち、本発明のゴム部材の成形装置は、ゴムを押し出す押出機と、前記押出機から押し出されたゴムの先端部が貼り付けられ、そのゴムが巻き付けられる回転支持体と、を備えるゴム部材の成形装置であって、
前記回転支持体に取り付けられ、前記ゴムの先端部が貼り付けられる位置での前記回転支持体の外表面のひずみ量を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記ひずみ量が所定値に達したときに、回転を開始するように前記回転支持体を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

この構成に係るゴム部材の成形装置では、押出機から押し出されたゴムを先端部から回転支持体に巻き付けてゴム部材を成形する。押出機から押し出されたゴムの先端部は、停止状態の回転支持体の外表面に貼り付けられる。このとき、検出部で検出された回転支持体の外表面のひずみ量に基づいて、貼り付け位置でのゴムの先端部の圧力が推定できるため、回転支持体の外表面のひずみ量が所定値に達したときには、ゴムの先端部の圧力が、回転支持体への十分な接着力を発揮し得る圧力に達したものと判定できる。よって、回転支持体の外表面のひずみ量が所定値に達したときに回転支持体の回転を開始することで、成形開始時に起こるゴムの接着不良を防止できる。

本発明に係るゴム部材の成形装置において、前記検出部は、前記回転支持体の外表面の圧力を検出する圧力センサであることが好ましい。この構成によれば、ゴムの先端部の圧力を直接的に検出することができる。

本発明に係るゴム部材の成形装置において、前記回転支持体の外表面の温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した温度に応じて、前記回転支持体の外表面の温度を調整する温度調整装置と、を備えることが好ましい。回転支持体の外表面の温度は、ゴムの接着力に大きな影響を与えるため、回転支持体の外表面の温度を調整することで、成形開始時に起こるゴムの接着不良を効果的に防止できる。

また、本発明のゴム部材の成形方法は、押出機から押し出したゴムの先端部を回転支持体の外表面に貼り付け、そのゴムを前記回転支持体に巻き付けてゴム部材を成形するゴム部材の成形方法であって、
前記押出機の口金を停止状態の前記回転支持体の外表面に接近させる工程と、
接近させた前記口金からゴムの押し出しを開始する工程と、
前記ゴムの先端部が貼り付けられる位置での前記回転支持体の外表面のひずみ量を検出し、検出したひずみ量が所定値に達したときに、前記回転支持体の回転を開始する工程と、を含むことを特徴とする。

かかる構成によるゴム部材の成形方法の作用効果は、上記で述べた通りであり、回転支持体にゴムを巻き付けてゴム部材を成形する際、成形開始時に起こるゴムの接着不良を防止できる。

本発明に係るゴム部材の成形方法において、前記所定値は、前記回転支持体の外表面の温度に応じて設定されることが好ましい。回転支持体の外表面の温度は、ゴムの接着力に大きな影響を与えるため、回転支持体の外表面の温度に応じて当該所定値を設定することで、成形開始時に起こるゴムの接着不良を効果的に防止できる。

ゴム部材を成形するための成形装置の構成の一例を示す模式図 ゴム部材を成形する際の手順の一例を示すフローチャート ゴム部材を成形する様子を示す概略図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、ゴム部材を成形するための成形装置の構成の一例を示す模式図である。図１に示す成形装置は、押出機１、ギアポンプ１０、口金１１、成形ドラム２（回転支持体に相当）、及び制御部３を備えている。

押出機１は、円筒形のバレル１ａと、バレル１ａの供給口に接続されたホッパー１ｂと、ゴムを混練して先端側に送り出すスクリュー１ｃと、スクリュー１ｃを回転駆動させるスクリュー用モータ１ｄとを有する。スクリュー用モータ１ｄは、後述するように制御部３により回転数が制御される。

押出機１の押出方向先端側にはギアポンプ１０が接続され、ギアポンプ１０の先端側は口金１１に接続されている。押出機１により混練されたゴム材料は、ギアポンプ１０に供給され、ギアポンプ１０は、口金１１に対して定量のゴムを供給する。口金１１からは所定の押出量でゴムＳが押し出される。

ギアポンプ１０は、一対のギア１０ａを有しており、口金１１に向けて出口側にゴムを送り出す機能を有する。一対のギア１０ａは、それぞれギア用モータ１０ｂによって回転駆動され、その回転数は、制御部３により制御される。ギア用モータ１０ｂの回転数、及びスクリュー用モータ１ｄの回転数を制御部３により連動させて制御することで、口金１１から押し出されるゴムＳの押出量を制御することができる。なお、図示の都合上、１対のギア１０ａは、図１の上下方向に並べられているが、実際は平面方向（ギア１０ａの回転軸が図１の上下となる方向）に並べてもよい。

ギアポンプ１０の入口側、すなわち押出機１に近い側には、第１圧力センサ１２が設けられ、押出機１から供給されてくるゴムの圧力を検出する。また、ギアポンプ１０の出口側には、第２圧力センサ１３が設けられ、口金１１から押し出されるゴムＳの圧力を検出する。

ギアポンプ１０の入口側の圧力は、ギアポンプ１０のギア１０ａと押出機１のスクリュー１ｃによるゴム送り量によって決定される。この入口側の圧力を一定に保つことで、ギアポンプ１０は定量のゴムを口金１１へ供給でき、口金１１からの押出量も安定する。しかし、入口側の圧力が不安定であると、口金１１からの押出量にばらつきが生じ、所望の寸法のゴム部材を成形することが困難となる。

ギアポンプ１０の入口側の圧力を制御する方法としては、ギアポンプ１０のギア１０ａの回転数と押出機１のスクリュー１ｃの回転数とをＰＩＤ制御することが知られている。このＰＩＤ制御は、一般的にゴムを定量で連続的に押し出す際に使用される。

なお、本実施形態では、押出機１の押出方向先端側にギアポンプ１０が接続された、いわゆる外付けギアポンプを用いる例を示している。ただし、これに替えて、押出機内にギアポンプを内蔵したギアポンプ内蔵型押出機を用いるようにしてもよい。

成形ドラム２は、サーボモータ２０によりＲ方向に回転可能に構成されている。サーボモータ２０の回転数は、制御部３により制御される。成形ドラム２には、口金１１を介して押し出されたゴムＳが供給され、ゴムＳが外表面２ａに貼り付いた状態で成形ドラム２をＲ方向に回転駆動することにより、ゴムＳを周方向に沿って巻き付けることができる。なお、成形ドラム２に供給されたゴムを圧着する不図示の圧着ローラを設けてもよい。

成形ドラム２の外表面２ａには、検出部２１が設けられている。検出部２１は、成形ドラム２の外表面２ａのひずみ量を検出できる。検出部２１は、例えば、ひずみセンサ、変位センサ、圧力センサ等であり、ひずみ量を直接的又は間接的に検出できる。検出部２１で検出されたひずみ量のデータは、制御部３へ送られる。検出部２１は、成形ドラム２の外表面２ａの全周に亘って設けられてもよいが、ゴムＳの先端部が貼り付けられる部分に少なくとも設けられればよい。

制御部３は、成形装置の各部の動作を制御する機能を有する。スクリュー用モータ制御手段３１は、第１圧力センサ１２で検出されたギアポンプ１０の入口側の圧力に基づいて、押出機１のスクリュー用モータ１ｄの回転数を制御する。ギア用モータ制御手段３２は、予め定められた（時間の係数による）制御プログラムに基づいて、ギア用モータ１０ｂの回転数を制御する。サーボモータ制御手段３３は、サーボモータ２０の回転数を制御する。

押出機１、ギアポンプ１０及び口金１１は、一体として前後駆動装置１４により押出方向の前後に移動可能に構成されており、成形ドラム２に対して近付いたり遠ざかったりすることができる。かかる前後の移動も、制御部３の前後駆動装置制御手段３４によって制御される。

＜ゴム部材の成形方法＞
次に、上記の成形装置を用いてゴム部材を成形する方法について説明する。本発明に係るゴム部材の成形方法は、押出機１から押し出したゴムＳの先端部を成形ドラム２の外表面２ａに貼り付け、そのゴムＳを成形ドラム２に巻き付けてゴム部材を成形するゴム部材の成形方法であって、押出機１の口金１１を停止状態の成形ドラム２の外表面２ａに接近させる工程と、接近させた口金１１からゴムＳの押し出しを開始する工程と、ゴムＳの先端部が貼り付けられる位置での成形ドラム２の外表面２ａのひずみ量を検出し、検出したひずみ量が所定値に達したときに、成形ドラム２の回転を開始する工程と、を含む。

図２は、ゴム部材を成形する際の手順の一例を示すフローチャートである。図３は、ゴム部材を成形する様子を示す概略図である。

まず、押出機１、ギアポンプ１０及び口金１１を一体として前進させ（＃１）、図３（ａ）に示すように口金１１を静止状態の成形ドラム２の外表面２ａに接近させる。このとき、口金１１は、成形ドラム２の外表面２ａに所定の間隔Ｄ１まで接近させられる。Ｄ１は、０．１ｍｍ以下が好ましい。なお、口金１１を成形ドラム２に接近させるタイミングは、ゴムＳが口金１１から押し出されるまでに前記の所定間隔が設けられるものであれば、特に制限されない。

次に、前工程にて調整されたゴムＳのゴム材料が、押出機１のホッパー１ｂに投入される。ここで、ゴム材料としては特に制限がなく、例えば、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挙げられる。また、投入されるゴム材料の形状としては、特に制限がなく、例えば、リボン状、シート状、ペレット状などの形状が挙げられる。

ホッパー１ｂに投入されたゴム材料は、押出機１のスクリュー１ｃによって混練され、押出方向先端側に送り出されてギアポンプ１０に供給される（＃２、３）。そして、ギアポンプ１０に供給されたゴム材料は、回転する一対のギア１０ａによって、口金１１に向けて出口側に送り出される。

口金１１に供給されたゴム材料は、口金１１の開口からゴムＳとして押し出される（＃４）。図３（ｂ）のように、押し出されたゴムＳの先端部が、成形ドラム２の外表面２ａに接触する。

ギアポンプ１０によってゴム材料が口金１１に送り続けられると、ゴムＳの圧力が高まり成形ドラム２の外表面２ａが押されて変形する（ひずみを生じる）。この成形ドラム２の外表面２ａのひずみ量は、検出部２１で検出され、ひずみ量のデータは、制御部３へ送られる。制御部３は、検出部２１で検出されたひずみ量が所定値に達すると（＃５）、サーボモータ２０を制御して、成形ドラム２の回転を開始する（＃６）。本発明の所定値は、成形ドラム２への十分な接着力を発揮し得るゴムＳの圧力に基づいて予め設定されている。接着力を発揮するための圧力は、ゴムの物性値、ゴム温度、成形ドラム２の外表面２ａの表面粗さＲａ、成形ドラム２の外表面２ａの材質、成形ドラム２の外表面２ａの温度等によって決定される。

成形ドラム２の回転数は、回転の開始後から徐々に増加させる。また、成形ドラム２の回転の開始とほぼ同時に、ギア１０ａの回転数及びスクリュー１ｃの回転数を制御することで、口金１１から押し出されるゴムＳの押出量を所定量まで徐々に増加させる。さらに、ゴムＳの押出量の増加とともに、図３（ｃ）のように口金１１を徐々に後退させて、口金１１の成形ドラム２からの距離を徐々に大きくする（＃７）。これにより、ゴムＳの巻き始め部Ｓ１は、断面楔状となる。

より具体的には、成形ドラム２の回転角度がθ度となるまで、ゴムＳの押出量を所定量Ｑ１まで徐々に増加させる。また、成形ドラム２の回転角度がθ度となるまで口金１１は徐々に後退し、口金１１の成形ドラム２からの距離をＤ１から所定距離Ｄ２まで徐々に大きくする。

その後は、ゴムＳの押出量を所定量Ｑ１に維持し、口金１１の成形ドラム２からの距離を所定距離Ｄ２に維持したまま、成形ドラム２は回転され続ける。ここで所定距離Ｄ２は、成形したいゴム部材の所望の厚みに相当し、押し出されたゴムＳは、口金１１と成形ドラム２の表面との隙間を通過して、Ｄ２の厚みとなる。これにより、ゴムＳは、巻き始め部Ｓ１が断面楔状となり、その後は、図３（ｄ）のように一定の厚みＤ２となる。

そして、図３（ｅ）に示すように、ゴムＳの巻き始め部Ｓ１が口金１１に近づくと、ギア１０ａの回転数及びスクリュー１ｃの回転数を制御することで、口金１１から押し出されるゴムＳの押出量を所定量Ｑ１から徐々に減少させる（＃８）。

より具体的には、成形ドラム２の回転角度が３６０°となるまではゴムＳの押出量を所定量Ｑ１に維持し、回転角度が（３６０＋θ）度になるまでに、ゴムＳの押出量を所定量Ｑ１から徐々に減少させる。このとき、口金１１の成形ドラム２からの距離は所定距離Ｄ２に維持する。これにより、図３（ｆ）に示すように、ゴムＳは、巻き終わり部Ｓ２が断面楔状となり、この巻き終わり部Ｓ２を巻き始め部Ｓ１の上に重ねて成形する。これにより、巻き始め部Ｓ１と巻き終わり部Ｓ２の接合部の厚みがその他の部分の厚みと略同じとなったゴム部材が成形される。

最後に、図３（ｇ）に示すように、口金１１は後退して、ゴム部材の成形が終了する（＃９）。

＜別実施形態＞
（１）本発明の成形装置は、成形ドラム２の外表面２ａの温度を検出する温度センサと、前記温度センサが検出した温度に応じて、成形ドラム２の外表面２ａの温度を調整する温度調整装置と、を備えることが好ましい。温度調整装置としては、例えば、電熱ヒーター、水媒体式温調機、油媒体式温調機などを用いることができる。なお、温度センサは、検出部２１と同様、ゴムＳの先端部が貼り付けられる部分に少なくとも設けられればよい。

（２）前述の実施形態では、押出機１を前後に移動させて成形ドラム２に対して近付けたり遠ざけたりしているが、成形ドラム２を前後に移動させて押出機１に対して近付けたり遠ざけたりしても構わない。

１ 押出機
２ 成形ドラム
３ 制御部
１０ ギアポンプ
１１ 口金
１２ 第１圧力センサ
１３ 第２圧力センサ
１４ 前後駆動装置
２０ サーボモータ
２１ 検出部

Claims (5)

1. ゴムを押し出す押出機と、前記押出機から押し出されたゴムの先端部が貼り付けられ、そのゴムが巻き付けられる回転支持体と、を備えるゴム部材の成形装置であって、
   前記回転支持体に取り付けられ、前記ゴムの先端部が貼り付けられる位置での前記回転支持体の外表面のひずみ量を検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記ひずみ量が所定値に達したときに、回転を開始するように前記回転支持体を制御する制御部と、を備えることを特徴とするゴム部材の成形装置。
2. 前記検出部は、前記回転支持体の外表面の圧力を検出する圧力センサであることを特徴とする請求項１に記載のゴム部材の成形装置。
3. 前記回転支持体の外表面の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサが検出した温度に応じて、前記回転支持体の外表面の温度を調整する温度調整装置と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム部材の成形装置。
4. 押出機から押し出したゴムの先端部を回転支持体の外表面に貼り付け、そのゴムを前記回転支持体に巻き付けてゴム部材を成形するゴム部材の成形方法であって、
   前記押出機の口金を停止状態の前記回転支持体の外表面に接近させる工程と、
   接近させた前記口金からゴムの押し出しを開始する工程と、
   前記ゴムの先端部が貼り付けられる位置での前記回転支持体の外表面のひずみ量を検出し、検出したひずみ量が所定値に達したときに、前記回転支持体の回転を開始する工程と、を含むことを特徴とするゴム部材の成形方法。
5. 前記所定値は、前記回転支持体の外表面の温度に応じて設定されることを特徴とする請求項４に記載のゴム部材の成形方法。
   
   
   

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