JP2018130893A - ゴム押出装置およびゴム押出物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム押出物の意図しない湾曲を検知して抑制することが可能なゴム押出装置およびゴム押出物の製造方法を提供する。【解決手段】押出口６から押し出されたゴム押出物Ｒ２の予め設定されている基準位置Ｃからの偏差ｄをセンサ９により検知して、この検知データに基づいて制御部１０により、ヘッド４の前端面に沿った口金５のヘッド４に対する相対位置またはスクリュー３の回転速度を調整することにより、偏差ｄを是正する制御を行って、シリンダ２に内設されたスクリュー３によりゴム材料Ｒを前方に押し出しつつ混合および混練した未加硫ゴムＲ１を、押出流路４ａに送り込んで口金５に形成されている押出口６から押し出すことにより、押出し方向に対する湾曲量を抑制した所望の形状のゴム押出物Ｒ２を製造する。【選択図】図５

Description

本発明は、ゴム押出装置およびゴム押出物の製造方法に関し、さらに詳しくは、ゴム押出物の意図しない湾曲を検知して抑制することが可能なゴム押出装置およびゴム押出物の製造方法に関するものである。

タイヤ等のゴム製品を製造する際には、ゴム押出装置によって未加硫ゴムを押出す押出し工程がある。ゴム押出装置では、内設されたスクリューによって未加硫ゴムを可塑化し、前端のヘッドに形成されている押出流路に送り込む。ヘッドの前端には所望の形状の押出口を有する口金が設置されていて、この押出口を未加硫ゴムが通過することにより所望の形状に型付けされたゴム押出物が製造される（例えば、特許文献１、２、３参照）。

ゴム種が異なるとゴム物性も異なり、同じゴム種であってロット毎にゴム物性には多少のばらつきがある。また、ロット毎に押出条件等にもばらつきがある。これらばらつきに起因して、同じ口金を使用して未加硫ゴムを押出しても、ゴム押出物は押出し方向に対して意図しない方向に湾曲し、所望の形状のゴム押出物を得られないことがある。

特開２００８−１２６５６０号公報 特開２００９−１１９８３９号公報 特開２０１３−２１６０６９号公報

本発明の目的は、ゴム押出物の意図しない湾曲を検知して抑制することが可能なゴム押出装置およびゴム押出物の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のゴム押出装置は、筒状のシリンダと、このシリンダの内部空間に配置されるスクリューと、このシリンダの前端に設置されて前記内部空間と連通する押出流路を有するヘッドと、前記押出流路の前端位置で前記ヘッドに取り付けられて押出口を有する口金とを備えたゴム押出装置において、前記押出口から押し出されたゴム押出物の予め設定されている基準位置からの偏差を検知するセンサと、このセンサによる検知データに基づいて前記偏差を是正する制御を行って前記ゴム押出物の湾曲を抑制する制御部とを備えたことを特徴とする。

本発明のゴム押出物の製造方法は、筒状のシリンダの内部空間にゴム材料を投入し、この内部空間に配置されたスクリューにより、前記ゴム材料を前方に押し出しつつ混合および混練した未加硫ゴムを、前記シリンダの前端に設置されたヘッドに形成されている押出流路に送り込み、前記押出流路の前端で前記ヘッドに取り付けられた口金に形成されている押出口から前記未加硫ゴムをゴム押出物として押し出すゴム押出物の製造方法において、前記押出口から押し出されたゴム押出物の予め設定されている基準位置からの偏差をセンサにより検知し、このセンサによる検知データに基づいて制御部により前記偏差を是正する制御を行って、前記未加硫ゴムを前記押出流路を通過させて前記押出口から押し出すことにより、前記ゴム押出物の押出し方向に対する湾曲量を小さくすることを特徴とする。

本発明によれば、押出口から押し出されたゴム押出物に対して、予め設定されている基準位置からの偏差をセンサにより検知するので、この検知データによってゴム押出物の湾曲状態（湾曲方向および湾曲量）を把握できる。そして、この検知データに基づいて制御部により偏差を是正する制御を行って、未加硫ゴムを押出流路を通過させて押出口から押し出すことにより、押出し方向に対するゴム押出物の意図しない湾曲を抑制することができる。

本発明のゴム押出装置の概要を側面視で例示する説明図である。 図１のヘッドの周辺を正面視で例示する説明図である。 図１のヘッドの周辺を平面視で例示する説明図である。 図２のＡ−Ａ断面視でヘッド周辺の内部を例示する説明図である。 図３の口金をヘッドの左右方向中央に配置してゴム押出物を押し出している状態を例示する説明図である。 図５の口金をヘッドに対して左側に移動させた位置でゴム押出物を押し出している状態を例示する説明図である。 図６の口金をヘッドに対してさらに左側に移動させた位置でゴム押出物を押し出している状態を平面視で例示する説明図である。 垂れ下がった位置でのゴム押出物の幅方向の傾きを図１のＢ矢視で模式的に例示する説明図である。 垂れ下がった位置でのゴム押出物の表面の凹凸を図１のＢ矢視で模式的に例示する説明図である。 ゴム押出装置の別の実施形態を正面視で例示する説明図である。

以下、本発明のゴム押出装置およびゴム押出物の製造方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図４に例示する本発明のゴム押出装置１は、筒状のシリンダ２と、シリンダ２の内部に配置されるスクリュー３と、シリンダ２の前端に配置されるヘッド４と、スクリュー３の回転速度を制御する制御部１０とを備えている。ヘッド４には押出口６を有する口金５が取り付けられている。

このゴム押出装置１は、口金５をヘッド４の前端面に沿って、ヘッド４に対して相対的に少なくとも一軸方向に移動させる移動手段７と、センサ９とを有している。センサ９による検知データは制御部１０に入力され、移動手段７の動作は制御部１０により制御される。尚、図１では、移動手段７等を省略して図示していない。

この実施形態のゴム押出装置１ではさらに、口金５の前方に押出口６から押し出されたゴム押出物Ｒ２を次工程に搬送するコンベヤ装置１１が配置されている。ゴム押出物Ｒ２は、押出口６とコンベヤ装置１１との間では垂れ下がった状態になり、この垂れ下がった状態を経てコンベヤ装置１１によって下流側に搬送される。

図面では、ヘッド４の前端面に沿った一軸方向として、Ｘ矢印方向およびＹ矢印方向が記載されている。Ｘ矢印方向はヘッド４の左右方向（幅方向）であり、Ｙ矢印方向はヘッド４の上下方向（高さ方向）であり、Ｘ矢印方向とＹ矢印方向とは直交する方向である。この一軸方向は、ヘッド４の前端面に沿った方向であればよいので、Ｘ矢印方向やＹ矢印方向に限らず、ヘッド４の前端面に沿った斜めの方向の場合もある。

図４に例示するように、シリンダ２の前端部では内部空間が前方に向かって狭くなっている。ヘッド４は、前後方向に貫通する押出流路４ａを有していて、この押出流路４ａはシリンダ２の内部空間と連通している。

口金５はヘッド４の押出流路４ａの前端位置に取り付けられている。この実施形態では、口金５を前後に貫通する押出口６は、図２に例示するように正面視でヘッド４の左右方向に延在する台形状であり、左右非対称の形状になっている。押出流路４ａと押出口６とは連通しているので、シリンダ２の内部空間から押出流路４ａに押し込まれて通過した未加硫ゴムＲ１が、押出口６からゴム押出物Ｒ２として押し出される。押出口６はこの形状に限らず、円形状、楕円形状、半円形状、正方形状、長方形状等、所望の形状が採用される。

ヘッド４には左右方向に間隔をあけて２つの保持部材７ａが、保持部材７ａを前後に貫通する固定ボルト７ｂによって固定されている。口金５は保持部材７ａによってヘッド４に対して左右方向に移動可能に保持されている。

ヘッド４の左側面には固定プレート８が外側に張り出して取り付けられていて、固定プレート８には移動手段７が設置されている。この実施形態では移動手段７として、サーボモータと、サーボモータにより回転して軸方向に移動するボールねじとを有する構成が採用されて、ボールねじの先端が口金５の左側面に接続されている。

移動手段７はその他に例えば、油圧シリンダなどを採用することができる。移動手段７の設置場所はヘッド４の左側に限らず、例えば、ヘッド４の右側にすることもできる。尚、口金５と移動手段７とを直接接続する構造ではなく、例えば、口金５を枠体に取り付けて、この枠体と移動手段７とを接続した構造にすることもできる。

移動手段７の作動によって、ボールねじが左右に進退するので口金５はヘッド４に対して左右方向に移動する。これに伴い、正面視で押出流路４ａの前端開口に対する押出口６の位置が変化する。口金５は、所望の移動位置で固定できるので、口金５とヘッド４とを、ヘッド４の前端面に沿った所望の相対位置で固定できる構成になっている。移動手段７の作動はセンサ９による検知データに基づいて制御部１０により制御される。そのため、制御部１０の制御によって口金５がヘッド４に対して所望の相対位置に移動して固定される。

センサ９は、押出口６から押し出されたゴム押出物Ｒ２の予め設定されている基準位置Ｃからの偏差ｄを検知する。偏差ｄとしては例えば、ゴム押出物Ｒ２の押出方向に直交する方向（例えばＸ方向やＹ方向）への基準位置Ｃからのずれ量を用いる。或いは、ゴム押出物Ｒ２が垂れ下がった位置での基準位置Ｃからのゴム押出物Ｒ２の幅方向の傾きまたはゴム押出物Ｒ２の表面の凹凸の大きさを偏差ｄとして用いることもできる。

センサ９としては例えば、画像センサ、変位センサ等を用いることができる。センサ９の検知データに基づいて、制御部１０は偏差ｄを是正する制御を行ってゴム押出物Ｒ２の湾曲を抑制する。具体的には、移動手段７を制御して、ヘッド４の前端面に沿ってヘッド４に対する口金５の位置を調整することで偏差ｄを是正する。或いは、スクリュー３の回転速度を制御して偏差ｄを是正する。

以下、本発明のゴム押出物の製造方法の手順を説明する。

ゴム押出装置１によってゴム押出物Ｒ２を製造する際には、原料ゴムおよび配合剤などの所定量のゴム材料Ｒを、シリンダ２の内部空間に投入する。ゴム材料Ｒは回転するスクリュー３により混合、混練される。スクリュー３により前方に押し出された未加硫ゴムＲ１は、ある程度柔らかくなって（可塑化されて）、押出流路４ａに送り込まれて押出流路４ａを通過する。

押出流路４ａの前端開口面積は、口金５によって一部が覆われていて、所望の形状の押出口６から未加硫ゴムＲ１が押し出されることにより所望の断面形状に型付けされたゴム押出物Ｒ２が製造される。例えば、所定形状に形成されたストリップ状のタイヤ部材などのゴム押出物Ｒ２が、本発明より製造される。ゴム押出物Ｒ２は押し出されつつ、搬送コンベヤ装置１１によって次工程に搬送される。

未加硫ゴムＲ１のゴム物性のばらつきや押出条件等によるばらつきがあると、同じ形状の押出口６で押出しても図５に例示するように、ゴム押出物Ｒ２が意図しない方向(左右方向や上下方向)に湾曲することがある。尚、図５〜図７では、押出口６の左右方向（幅方向）中心位置を基準位置Ｃとして一点鎖線Ｃで示していて、ゴム押出物Ｒ２の左右方向（幅方向）中心位置を一点鎖線Ｍで示している。

図５では、口金５から前方に距離Ｌの位置で、ゴム押出物Ｒ２の左右方向中心位置Ｍが、基準位置Ｃに対して右側に偏っていて、ゴム押出物Ｒ２が右側に湾曲している（偏差ｄを有している）。この実施形態では、口金５から前方に距離Ｌの位置におけるゴム押出物Ｒ２の基準位置Ｃに対するゴム押出物Ｒ２の左右方向中心位置Ｍの左右方向のずれ量を偏差ｄとしてセンサ９により逐次検知する。

ゴム押出物Ｒ２が真っ直ぐに押し出されず、図５に例示するように特定の方向に湾曲する原因は、未加硫ゴムＲ１のゴム物性のばらつきや押出条件（圧力、温度、流速など）、シリンダ２とスクリュー３とのマッチング等、多岐に渡り複合的なものだと考えられる。本発明は、正面視での押出流路４ａと押出口６との相対位置を異ならせること、或いはスクリュー３の回転速度を変化させることで、ゴム押出物Ｒ２の湾曲具合（湾曲量や湾曲方向）が変化することを利用している。２本のスクリュー３を有する二軸タイプなど、複数本のスクリュー３を有するゴム押出装置１では特に、それぞれのスクリュー３の回転速度を変化させることが、ゴム押出物Ｒ２の湾曲具合を変化させるには有効である。

そこで本発明では、図５の位置にある口金５を図６に例示するように、ヘッド４に対して左側に移動させる。このように正面視での押出流路４ａと口金５と相対位置を変化させると、押出流路４ａから押出口６を通過する際に未加硫ゴムＲ１の圧力分布（流量分布）に変化が生じる。これに伴い、ゴム押出物Ｒ２には左側に湾曲させる力が作用してゴム押出物Ｒ２の湾曲具合を調整することができる。

仮に、図７に例示するように、口金５をヘッド４に対して一段と左側に移動させると、ゴム押出物Ｒ２に作用する左側に湾曲させる力が過大になるため、ゴム押出物Ｒ２は左側に湾曲することになる。そこで、本発明では、センサ９による検知データに基づいて制御部１０が偏差ｄをゼロに近づけるように口金５の位置（ヘッド４の前端面に沿った口金５とヘッド４との相対位置）を逐次制御する（フィードバック制御をする）。ゴム押出物Ｒ２の偏差ｄは、距離Ｌが５００ｍｍ程度の位置で最も大きくなるので、センサ９によって偏差ｄを検知するのは、例えば距離Ｌが４００ｍｍ〜６００ｍｍの位置にする。

この制御を行うことで、正面視での押出流路４ａと押出口６との相対位置を適切に調整して、図６に例示するように固定した状態にしてゴム押出物Ｒ２を押出す。即ち、ゴム押出物Ｒ２の意図しない湾曲と反対方向に湾曲させるようにヘッド４の前端面に沿って口金５をヘッド４に対して相対移動させることで、ゴム押出物Ｒ２の意図しない湾曲を抑制することができる。その結果、右側に湾曲していたゴム押出物Ｒ２の湾曲が是正され、押出口６の形状に型付けされた所望形状の真っ直ぐなゴム押出物Ｒ２を得ることが可能になる。

或いは、センサ９による検知データに基づいて制御部１０が偏差ｄをゼロに近づけるようにスクリュー３の回転速度を速くする、または、遅くする制御を行う。この制御を行うことで、押出流路４ａから押出口６を通過する際に未加硫ゴムＲ１の圧力分布（流量分布）を変化させてゴム押出物Ｒ２の湾曲を是正する。

したがって本発明によれば、ゴム物性や押出条件等によるばらつきが生じても、ヘッド４の前端面に沿った口金５とヘッド４との相対位置を制御する、或いは、スクリュー３の回転速度を制御することで、意図しない湾曲を抑制した所望の形状のゴム押出物Ｒ２を安定して製造することができる。また、ゴム物性や押出条件等によるばらつきに応じて、その都度、口金５の形状を修正加工したり、押出条件等を調整するために従来行っていた余分な作業が不要、或いは、余分な作業が最小限になる。そのため、ゴム押出物Ｒ２の生産性を向上させるには有利になる。しかも、押出流路４ａの前端位置に口金５を移動させる移動手段７を設けることは大きな改造ではないので、既存のゴム押出機に対しても容易に適用することができる。

偏差ｄを算出するための基準位置Ｃや、基準位置Ｃと比較対象になる部位は、この実施形態に例示したものに限定されるものではなく、適宜設定することができる。例えば、押出口６の左端位置を基準位置Ｃとして、この基準位置Ｃとゴム押出物Ｒ２の左端位置とを比較して偏差ｄを算出することもできる。

また、センサ９により検知する偏差ｄは、基準位置Ｃに対するゴム押出物の押出方向に直交する方向へのずれ量に限らない。例えば図８に示すように、押出口６とコンベヤ装置１１との間で垂れ下がった位置でのゴム押出物Ｒ２の幅方向の傾きを偏差ｄにすることもできる。

ゴム押出物Ｒ２が幅方向に湾曲した場合、ゴム押出物Ｒ２が垂れ下がった位置では、幅方向に傾きが生じる。そこで図８では、水平が予め基準位置Ｃに設定されていて、この基準位置Ｃからの傾きの大きさを偏差ｄとしている。尚、ゴム押出物Ｒ２の幅方向の傾きに替えて、幅方向両端の最下位置どうしの上下差を偏差ｄにしてもよい。

図９に例示するように、押出口６とコンベヤ装置１１との間で垂れ下がった位置でのゴム押出物Ｒ２の表面の凹凸の大きさを偏差ｄにすることもできる。図９では、破線で示した円形部分が凹部になっていて、凹部と凹部との間が凸部になっている。尚、図９ではゴム押出物Ｒ２の湾曲方向を図８とは反対方向にして図示している。

ゴム押出物Ｒ２が幅方向に湾曲した場合、ゴム押出物Ｒ２の表面には長手方向に連続して凹凸が形成されることがある。そこで図９では、垂れ下がった位置でのゴム押出物Ｒ２の幅方向両端の最下位置どうしを結んだ線が基準位置Ｃに設定されていて、この基準位置Ｃからの凹部の最大深さ、または、凸部の最大高さを偏差ｄにしている。

本発明を用いて、例えばタイヤ構成部材となるゴム押出物Ｒ２を製造すると、意図しない湾曲が抑制された所望の形状にすることができる。そのため、このゴム押出物Ｒ２を用いてタイヤを製造すると、タイヤのユニフォミティを向上させるには有利になる。

ヘッド４の前端面に沿って口金５をヘッド４に対して相対移動させる制御と、スクリュー３の回転速度の制御とは、両方同時に行うことも、個別にいずれか一方のみを行うことも可能である。スクリュー３の回転速度を変化させると、ゴム押出物Ｒ２の生産速度に影響が生じるので、例えば、口金５をヘッド４に対して相対移動させる制御を優先して行う。そして、この制御だけでは、十分にゴム押出物Ｒ２の湾曲を是正できない場合は、スクリュー３の回転速度の制御を加える。

複数のゴム種について、押出条件と、偏差ｄと、偏差ｄを是正するために必要な制御量（ヘッド４の前端面に沿った口金５とヘッド４との相対位置やスクリュー３の回転速度）との関係を示す相関データがある程度蓄積されている場合は、この相関データを制御部１０に入力しておく。そして、ゴム押出物Ｒ２の押出しを開始する際には、そのゴム物性等を制御部１０に入力して、これらのデータと、予め取得して入力されている上述した相関データに基づいて、口金５をヘッド４に対して所定位置に配置し、スクリュー３の回転速度を所定値に設定してプリセット状態にすることもできる。

押出し開始初期には、このプリセット状態でゴム押出物Ｒ２を押出すことにより、偏差ｄを是正してゴム押出物Ｒ２が意図しない湾曲が生じないようにすることもできる。その後は、上述したフィードバック制御によって、ヘッド４の前端面に沿って口金５をヘッド４に対して相対移動させる制御、または、スクリュー３の回転速度の制御を行う。

この実施形態のように、口金５をヘッド４に対して相対移動させる一軸方向が、押出口６の延在方向（押出口６が正面視で最も長く延在している方向）に設定すると、押出流路４ａから押出口６を通過する際の未加硫ゴムＲ１の圧力分布（流量分布）を大きく変化させ易い。そのため、ゴム押出物Ｒ２の意図しない湾曲を抑制し易くなる。

この実施形態では、１本のスクリュー３を有するいわゆる一軸タイプのゴム押出装置１を例示したが、２本のスクリュー３を有する二軸タイプ、或いは三軸タイプのゴム押出装置１にも本発明を適用することができる。

図１０に例示するゴム押出装置１の他の実施形態では、口金５がヘッド４の前端面に沿って、ヘッド４に対して左右方向だけでなく上下方向にも相対移動できる構成になっている。具体的には、ヘッド４の上方に移動手段７が配置されている。この移動手段７にはサーボモータと、サーボモータにより回転して軸方向に移動するボールねじとを有する構成が採用されて、ボールねじの先端が口金５の上面に接続されている。この移動手段７は、ヘッド４の左側に配置された別の移動手段７と連結アーム７ｃによって連結されている。口金５は保持部材７ａによってヘッド４に対して左右方向および上下方向に移動可能に保持されている。

口金５の左側に配置された移動手段７は、連結アーム７ｃを介して口金５の上方に配置された移動手段７および口金５を、ヘッド４の前端面に沿ってヘッド４に対して左右方向に相対移動させる。したがって、この実施形態では口金５はヘッド４の前端面に沿ってヘッド４に対して相対的に任意の方向に移動可能になっている。

この実施形態では、押出流路４ａから押出口６を通過する際に未加硫ゴムＲ１の圧力分布（流量分布）をより詳細に変化させることができるので、ゴム押出物Ｒ２の湾曲具合をより詳細に調整できる。それ故、ゴム押出物Ｒ２の意図しない湾曲をより精度よく確実に抑制することが可能になる。

この実施形態においても、先の実施形態で説明した様々な仕様を適用することができる。

１ ゴム押出装置
２ シリンダ
３ スクリュー
４ ヘッド
４ａ 押出流路
５ 口金
６ 押出口
７ 移動手段
７ａ 保持部材
７ｂ 固定ボルト
７ｃ 連結アーム
８ 固定プレート
９ センサ
１０ 制御部
１１ コンベヤ装置
Ｒ ゴム材料
Ｒ１ 未加硫ゴム
Ｒ２ ゴム押出物

Claims (8)

1. 筒状のシリンダと、このシリンダの内部空間に配置されるスクリューと、このシリンダの前端に設置されて前記内部空間と連通する押出流路を有するヘッドと、前記押出流路の前端位置で前記ヘッドに取り付けられて押出口を有する口金とを備えたゴム押出装置において、
   前記押出口から押し出されたゴム押出物の予め設定されている基準位置からの偏差を検知するセンサと、このセンサによる検知データに基づいて前記偏差を是正する制御を行って前記ゴム押出物の湾曲を抑制する制御部とを備えたことを特徴とするゴム押出装置。
2. 前記ヘッドの前端面に沿って前記口金を前記ヘッドに対して相対的に少なくとも一軸方向に移動させる移動手段を有し、この移動手段を前記制御部により制御することにより前記偏差を是正する構成にした請求項１に記載のゴム押出装置。
3. 前記スクリューの回転速度を前記制御部により制御することにより前記偏差を是正する構成にした請求項１または２に記載のゴム押出装置。
4. 前記偏差が前記ゴム押出物の押出方向に直交する方向へのずれ量である請求項１〜３のいずれかに記載のゴム押出装置。
5. 前記ゴム押出物が垂れ下がった状態を経て下流側に搬送されていて、前記偏差が前記垂れ下がった位置での前記ゴム押出物の幅方向の傾きまたは前記ゴム押出物の表面の凹凸の大きさである請求項１〜３のいずれかに記載のゴム押出装置。
6. 前記ゴム押出物を押出つつ、前記センサにより前記偏差を逐次検知して前記制御部により前記偏差を是正する制御を逐次行う構成にした請求項１〜５のいずれかに記載のゴム押出装置。
7. 複数のゴム種について、押出条件と、前記偏差と、前記偏差を是正するために必要な制御量との関係を示す相関データを予め取得して前記制御部に記憶しておき、ゴム押出物の押出初期には、押出すゴム押出物のゴム種と、押出条件と、前記相関データとに基づいて、前記偏差を是正する制御を行って前記ゴム押出物の湾曲を抑制する構成にした請求項１〜６のいずれかに記載のゴム押出装置。
8. 筒状のシリンダの内部空間にゴム材料を投入し、この内部空間に配置されたスクリューにより、前記ゴム材料を前方に押し出しつつ混合および混練した未加硫ゴムを、前記シリンダの前端に設置されたヘッドに形成されている押出流路に送り込み、前記押出流路の前端で前記ヘッドに取り付けられた口金に形成されている押出口から前記未加硫ゴムをゴム押出物として押し出すゴム押出物の製造方法において、
   前記押出口から押し出されたゴム押出物の予め設定されている基準位置からの偏差をセンサにより検知し、このセンサによる検知データに基づいて制御部により前記偏差を是正する制御を行って、前記未加硫ゴムを前記押出流路を通過させて前記押出口から押し出すことにより、前記ゴム押出物の押出し方向に対する湾曲量を小さくすることを特徴とするゴム押出物の製造方法。

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